航空渦輪盤件的相控陣超聲檢測技術(shù)研究.pdf

1、航空渦輪盤是航空發(fā)動機的核心部件，制造中由于工藝參數(shù)波動可能導(dǎo)致偏析、夾雜物、孔洞、裂紋等各類缺陷；服役過程受力復(fù)雜、條件嚴苛，往往產(chǎn)生疲勞裂紋缺陷，而航空渦輪盤即使存在微小缺陷也可能造成嚴重后果，因此對其進行出廠和在役的無損檢測顯得十分必要。相控陣超聲檢測技術(shù)是一種可通過電子方法實現(xiàn)聲束變角、深度變焦的無損檢測技術(shù)，避免了常規(guī)單晶探頭因移動范圍、聲束角度有限而引起缺陷漏檢。此外，相控陣超聲檢測技術(shù)的聲場能控制能力強、檢測能量高，可有效

2、提高檢測精度和檢測效率。根據(jù)相控陣超聲檢測技術(shù)的特點，相控陣超聲檢測技術(shù)有望對復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高溫合金航空渦輪盤中的各類缺陷進行準確、高效的無損檢測。相控陣超聲檢測技術(shù)在對航空渦輪盤進行檢測時，由于其體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且組織結(jié)構(gòu)粗大，當(dāng)微小缺陷位于航空渦輪盤近表面、底面、復(fù)雜結(jié)構(gòu)區(qū)域時，由于缺陷信號容易混淆、信噪比低，缺陷檢測容易出現(xiàn)漏檢或誤檢。因此，分析相控陣超聲聲場分布特點及其影響因素以優(yōu)化檢測參數(shù)、分析檢測信號并提出相應(yīng)的信號處理算法對檢

3、測信號及圖像進行降噪處理是航空渦輪盤相控陣超聲檢測技術(shù)的主要研究內(nèi)容。
　　首先，理論分析陣元數(shù)、陣元間距、頻率等參數(shù)對航空渦輪盤相控陣超聲聲場的影響，結(jié)果表明：相控陣超聲聚焦聲場能量隨陣元數(shù)的增加、頻率的提高而增強；相控陣超聲柵瓣幅度隨陣元間距的增大而增大。第二，試驗分析盤件中超聲相控陣聲場特性，測量航空渦輪盤中相控陣超聲焦區(qū)寬度及信號幅值隨陣元數(shù)及聚焦深度的變化規(guī)律，結(jié)果表明：相控陣超聲焦區(qū)寬度隨陣元數(shù)的增加而減小，隨聚焦深度

4、的增加而增大；采用相控陣超聲斜探頭對半徑為50mm圓弧上分布的間隔橫孔進行檢測成像試驗，并分析陣元數(shù)、探頭布置位置對檢測分辨率的影響，結(jié)果表明：增加陣元數(shù)、適當(dāng)調(diào)整探頭位置使與橫孔圖像相交的掃查線角度間隔增大有利于提高檢測分辨率。第三，采用超聲相控陣斜探頭對航空渦輪盤中槽型缺陷進行檢測成像試驗，深入分析航空渦輪盤中面型缺陷的超聲相控陣成像方法及其圖像特征，并根據(jù)窄槽衍射回波形成的相互分離條紋測量出窄槽缺陷的取向和尺寸，同時分析了陣元數(shù)、

5、探頭布置位置對窄槽檢測精度的影響，結(jié)果表明：相控陣超聲測長值總體要稍大于窄槽實際長度；檢測近表面窄槽缺陷應(yīng)選擇少陣元數(shù)，遠距離檢測則應(yīng)采用多陣元檢測。第四，采用相控陣超聲斜探頭開展了關(guān)于航空渦輪盤復(fù)雜區(qū)域微小缺陷的試驗研究，優(yōu)化相控陣超聲檢測參數(shù)，深入分析航空渦輪盤相控陣超聲檢測特征信號，結(jié)果表明：采用5MHz頻率相控陣超聲斜探頭、激發(fā)32陣元、激勵信號脈沖寬度設(shè)置為100ns、聚焦深度為102mm(孔深)可有效檢測該缺陷。最后，為提高

6、航空渦輪盤微小缺陷相控陣超聲檢測信號的信噪比以及扇掃圖像質(zhì)量，深入分析結(jié)構(gòu)檢測信號特征，并采用小波包分解技術(shù)觀察缺陷檢測信號的時頻特征，對比了小波閾值及小波基對檢測信號降噪效果的影響并對小波包閾值進行優(yōu)化以獲得最優(yōu)小波包降噪?yún)?shù)。為進一步提高圖像質(zhì)量，采用奇異值分解技術(shù)對經(jīng)小波包處理后的航空渦輪盤超聲相控陣檢測信號做進一步處理，對比了Hankel矩陣維數(shù)如何選取以及奇異值如何處理時的降噪效果，從而得到最優(yōu)奇異值降噪?yún)?shù)，結(jié)果表明：航空渦

7、輪盤中微小缺陷信號緊鄰航空渦輪盤結(jié)構(gòu)信號；缺陷特征信號并非集中在某一頻帶范圍內(nèi)，因此，針對特定頻帶范圍進行濾波將在濾除噪聲的同時可能造成缺陷特征信號的損失；根據(jù)小波包分析結(jié)果選擇部分分解信號并結(jié)合改進的去噪閾值，可有效的提取檢測圖像的缺陷特征圖像、結(jié)構(gòu)特征圖像，甚至也可將材料組織結(jié)構(gòu)引起的噪聲條紋提取出來；采用優(yōu)化參數(shù)后的奇異值分解技術(shù)對相控陣超聲檢測數(shù)據(jù)做進一步處理并成像，缺陷信噪比以及分辨率得到進一步提高。
　　綜上，采用相控